Criterios generales para elaborar diseños de componentes de sistemas de abastecimiento de agua potable

(1)

Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería

Escuela de Ingeniería Civil

CRITERIOS GENERALES PARA ELABORAR DISEÑOS DE COMPONENTES DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

Michelle Alejandra Castro Flores

Asesorado por el Ing. Dennis Salvador Argueta Mayorga

(2)

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERÍA

CRITERIOS GENERALES PARA ELABORAR DISEÑOS DE COMPONENTES

DE SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE

TRABAJO DE GRADUACIÓN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

POR

MICHELLE ALEJANDRA CASTRO FLORES

ASESORADO POR EL ING. DENNIS SALVADOR ARGUETA MAYORGA

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE

INGENIERA CIVIL

(3)

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA

NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco VOCAL I Ing. José Francisco Gómez Rivera VOCAL II Ing. Mario Renato Escobedo Martínez VOCAL III Ing. José Milton de León Bran

VOCAL IV Br. Luis Diego Aguilar Ralón

VOCAL V Br. Christian Daniel Estrada Santizo SECRETARIA Inga. Lesbia Magalí Herrera López

TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco EXAMINADOR Ing. Fredy Adolfo Alvarado Hernández EXAMINADOR Ing. Víctor Manuel López Juárez EXAMINADOR Ing. Alejandro Castañón López SECRETARIA Inga. Lesbia Magalí Herrera López

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ACTO QUE DEDICO A:

Dios

Mis padres

Mis hermanos

Mi sobrino

Mis abuelos

Dennis Argueta

Mis abuelos

Por ser mí guía y darme la oportunidad de realizar mis sueños. Le agradezco por todas las bendiciones que me ha dado en mi vida.

Lic. Gildardo Enrique Castro García y Elsa Leticia Flores Arango de Castro. Por todo su amor sin medida, por su guía, por su paciencia, por el esfuerzo que me han brindado y motivarme a seguir adelante.

Karen Jennifer y Erick Javier Castro Flores. Por todo su cuidado, amor y apoyo incondicional.

Aaron Alejandro Ara Castro. Por ser la alegría de la casa.

Jesús Santiago Flores Artavia, Mónica Julia Arango Reynoso de Flores, Javier Antonio Castro Galdámez y María Nectalia García de Castro. Por su comprensión, amor y guía en mi vida.

Por ser una persona a quien admiro y me motiva a seguir luchando por mis sueños.

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Mi cuñado

Mi familia

Aaron Enrique Ara Laines. Por su estima.

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AGRADECIMIENTOS A:

Universidad de San

Carlos de Guatemala

Facultad de Ingeniería

Mi asesor

Mis amigos de la

Facultad

Por ser la fuente inagotable de mis conocimientos y permitir cumplir uno de mis sueños.

Por darme la oportunidad de realizar mis estudios.

Ing. Dennis Salvador Argueta Mayorga. Por su paciencia y colaboración en el asesoramiento de la tesis, por el tiempo y experiencia brindada para lograr que este trabajo de graduación sea de calidad.

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ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ... V LISTA DE SÍMBOLOS ... VII GLOSARIO ... IX RESUMEN ... XI OBJETIVOS ... XIII INTRODUCCIÓN ... XV

1. CONCEPTOS GENERALES ... 1

1.1. Agua potable ... 1

1.1.1. Definición de agua potable ... 2

1.1.2. Norma COGUANOR NTG 29001 ... 3

1.1.3. Parámetros de calidad del agua ... 6

1.1.3.1. Obtención y preservación de muestras ... 6

1.1.3.2. Parámetros físicos, químicos y microbiológicos ... 12

1.2. Elementos básicos que integran un sistema de abastecimiento de agua potable ... 20

1.2.1. Captación ... 21

1.2.2. Conducción ... 32

1.2.3. Plantas de tratamiento ... 35

1.2.4. Almacenamiento ... 38

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2. DEFINICIONES Y ESPECIFICACIONES DE COMPONENTES

(OBRAS DE ARTE) TÍPICOS EN SISTEMAS DE

ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE ... 43

2.1. Captación de brote definido ... 43

2.2. Captación galería de infiltración ... 46

2.3. Caseta de bombeo para bomba sumergible ... 48

2.4. Caja unificadora de caudales ... 50

2.5. Caja distribuidora de caudales ... 51

2.6. Caja rompe – presión ... 52

2.7. Caja rompe – presión con válvula de flote ... 54

2.8. Caja para válvulas ... 55

2.9. Paso aéreo y paso de zanjón ... 61

2.10. Hipoclorador ... 63

2.11. Conexión domiciliar... 64

2.12. Tanque de distribución ... 66

3. CUANTIFICACIÓN Y PRESUPUESTO DE COMPONENTES (OBRAS DE ARTE) TÍPICOS EN SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE ... 71

3.3. Caseta de bombeo... 75

3.8. Caja para válvulas ... 86

3.9. Paso aéreo de 20 metros ... 92

(14)

3.11. Paso aéreo de 40 metros... 97

3.12. Paso de zanjón ... 99

3.13. Construcción e instalación del hipoclorador ... 102

3.14. Conexión domiciliar ... 103

4. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE COMPONENTES (OBRAS DE ARTE) TÍPICOS EN SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE ... 111

4.3. Caseta y equipo de bombeo ... 113

4.8. Válvulas ... 115

4.9. Pasos de zanjón y pasos aéreos ... 117

4.10. Hipoclorador ... 117

4.11. Conexión domiciliar ... 117

CONCLUSIONES ... 119

RECOMENDACIONES ... 121

BIBLIOGRAFÍA ... 123

(15)

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ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable ... 20

2. Captación de agua de lluvia ... 22

3. Captación directa de río ... 24

4. Pozo excavado a mano ... 27

5. Pozo Ranney ... 29

6. Pozos profundos ... 31

7. Diagramas de flujo de planta de potabilización ... 37

8. Continuación diagramas de flujo de planta de potabilización ... 38

9. Agua de manantial proveniente de un acuífero superficial ... 45

TABLAS I. Análisis físico-químico y análisis microbiológico para un programa de análisis mínimo ... 4

II. Análisis físico-químico y análisis microbiológico para un programa de análisis complementario ... 5

III. Características físicas para el agua potable... 15

IV. Características químicas para el agua potable ... 18

V. Características microbiológicas para el agua potable ... 19

VI. Valores de rugosidad dados por Horton para el uso de fórmulas de Kutter o Manning ... 33

VII. Valores de pendiente ... 33

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IX. Presupuesto captación de brote definido ... 71

X. Presupuesto captación galería de infiltración ... 74

XI. Presupuesto caseta de bombeo ... 76

XII. Presupuesto caja unificadora de caudales ... 78

XIII. Presupuesto caja distribuidora de caudales ... 80

XIV. Presupuesto caja rompe – presión ... 82

XV. Presupuesto de caja rompe – presión con válvula de flote... 84

XVI. Presupuesto construcción e instalación de válvula de aire... 87

XVII. Presupuesto construcción e instalación válvula de limpieza ... 89

XVIII. Presupuesto construcción e instalación válvula de compuerta ... 91

XIX. Presupuesto paso aéreo de 20 metros ... 93

XX. Presupuesto paso aéreo de 30 metros ... 95

XXI. Presupuesto paso aéreo de 40 metros ... 97

XXII. Presupuesto paso de zanjón de 6 metros ... 99

XXIII. Presupuesto paso zanjón de 12 metros ... 101

XXIV. Presupuesto construcción e instalación del hipoclorador ... 102

XXV. Presupuesto conexión domiciliar ... 104

XXVI. Tanque de distribución de 10 m3 ... 105

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LISTA DE SÍMBOLOS

Símbolo Significado

@ A cada

H2S Ácido sulfhídrico

H2SO4 Ácido sulfúrico

S Azufre

C Carbono

cm Centímetro

NaCl Cloruro de sodio

Ø Diámetro

° Grados centígrados

H Hidrógeno

Fe Hierro

H.G. Hierro galvanizado

Kg/cm2 Kilogramo por centímetro cuadrado

Lb/plg2 Libra por pulgada cuadrada

PSI Libra por pulgada cuadrada

Mn Manganeso

m Metro

m/s Metros por segundo

Ksi Mil libras por pulgada cuadrada

mg Milígramo

mg/L Milígramo por litro

N Nitrógeno

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PVC Policloruro de vinilo

pH Potencial de hidrógeno

“ Pulgada

Fy Resistencia del acero del refuerzo

F´c Resistencia del concreto

Fu Resistencia última de la mampostería

MgSO4 Sulfato de magnesio

Na2SO4 Sulfato de sodio

u Unidades de color en la escala de platino-cobalto

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GLOSARIO

Acueductos Conjunto de elementos, equipos y servicios que

bridan el agua potable; también son conocidos como sistemas de abastecimiento de agua potable.

Agua Potable Agua sanitariamente segura, que no presenta riesgo

a la salud de los consumidores.

Captación Obtención de aguas atmosféricas, aguas

superficiales o aguas subterráneas.

Cloro residual libre Remanente del cloro en el agua, después del

proceso de desinfección.

Componentes Estructuras auxiliares de los sistemas de

abastecimiento de agua potable, también conocidas como obras de arte.

INFOM Instituto de Fomento Municipal.

LMA Límite Máximo Aceptable, es el valor de la

concentración de cualquier característica del agua, arriba del cual sus características son identificadas por sus propiedades organolépticas, sin causar un daño a la salud del consumidor.

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LMP Límite Máximo Permisible, es el valor de la concentración de cualquier característica del agua, arriba del cual el agua ya no es apta para el consumo humano.

MSPAS Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social.

OPS Organización Panamericana de la Salud.

Pichacha Instrumento que consta de una rejilla o canastilla que

tiene como fin evitar el paso de partículas gruesas suspendidas en el agua.

Válvula Aparato mecánico que puede iniciar, detener o

regular la circulación de líquidos o gases, mediante una pieza movible que abre, cierra u obstruye parcialmente, uno o más orificios.

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RESUMEN

La demanda de un sistema de abastecimiento de agua potable, dada la necesidad de accesibilidad y calidad de vida para la población, requiere de un diseño que garantice su funcionalidad para brindar un servicio continuo y seguro. En este trabajo de graduación se presentan los criterios generales para elaborar diseños típicos de componentes de sistemas de abastecimiento de agua potable, que pueden generalizarse en uso, para ajustarse a cualquier diseño de abastecimiento de agua potable.

Primero, se describen aspectos generales relativos al agua potable y a su caracterización fisicoquímica y microbiológica. De igual forma se abordan tópicos relacionados con la toma y preservación de muestras, así como la descripción de los elementos básicos que integran un sistema de abastecimiento de agua potable.

Luego se recopila información concerniente a los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable, analizando guías y normas guatemaltecas, con el fin de crear un documento que facilite el diseño de los acueductos, con base en los criterios generales expuestos en el presente documento.

Finalmente, con base en los planos típicos de los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable, se cuantifica y se estima los costos totales por cada unidad de cada componente, tomando como referencia precios actuales; asimismo se describen las especificaciones técnicas generales y las actividades periódicas para la operación y mantenimiento de los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable.

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OBJETIVOS

General

Establecer los criterios generales para elaborar diseños de componentes de sistemas de abastecimiento de agua potable, basándose en análisis técnicos y económicos.

Específicos

1. Definir los parámetros y procesos para determinar la calidad del agua, de acuerdo con las guías y normas de Guatemala.

2. Especificar los criterios generales de los componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable.

3. Planificar, cuantificar y presupuestar los componentes típicos de los sistemas de abastecimiento de agua potable.

4. Detallar la operación y mantenimiento de los componentes típicos en sistemas de abastecimiento de agua potable.

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INTRODUCCIÓN

Los sistemas de abastecimiento de agua potable son de gran importancia porque cubren necesidades básicas de la población, como el acceso al vital líquido sanitariamente seguro. Por consiguiente, un acueducto en general, debe garantizar la calidad, cantidad, continuidad y costo razonable.

En el medio guatemalteco, cuando se realiza un diseño y planificación de un sistema de abastecimiento de agua potable, se toma de referencia manuales o guías que se basan en el diseño hidráulico de las tuberías de conducción y distribución; es decir, se cuenta con información suficiente para realizar dicho proceso de diseño; sin embargo, la información sobre los componentes (muchos considerados obras de arte) de dichos sistemas es relativamente escasa y con variedad de criterios.

En virtud de lo antes mencionado, se crea el presente trabajo de graduación, que constituye una herramienta técnica, administrativa, educacional y económica, que se ajusta a las guías y normas de Guatemala, de tal forma que se persigue la facilidad para el diseño de los componentes de un sistema de abastecimiento de agua potable.

Este documento permitirá acceder a información relacionada con determinación de los parámetros y procesos de calidad del agua, así como información de planificación, cuantificación y estimación de costo total de cada componente típico y los aspectos relacionados con la operación y mantenimiento de los mismos, para garantizar una correcta funcionabilidad de los sistemas de abastecimiento de agua potable.

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1. CONCEPTOS GENERALES

A continuación se desarrollan los conceptos de importante relevancia en relación con el agua potable, parámetros que determinan la calidad del agua, componentes básicos para la conducción y distribución de agua potable, entre otros.

1.1. Agua potable

El agua potable es uno de los recursos naturales más valiosos, además de ser de vital importancia para la vida en la Tierra. “El agua dulce es un recurso vulnerable y finito, esencial para logar mantener la vida, el desarrollo y el ambiente".1 Este, a su vez, está determinado, mayormente, en cuanto a la disponibilidad del recurso hídrico, el cual se encuentra en función de la distribución y densidad de la vegetación, uso y tipo de suelo, magnitud de precipitación, entre otros.

El movimiento del agua en la tierra se manifiesta por la energía solar y las fuerzas gravitatorias; a este proceso se le denomina ciclo del agua o ciclo hidrológico. Dicho proceso proporciona el agua que fluye por cuerpos de agua, tales como ríos, lagos, embalses y acuíferos.

El ciclo del agua da inicio en los océanos cuando la energía solar calienta la superficie del agua y crea vapor de agua que se evapora en la atmósfera, transportado por masas de aire en movimiento, que bajo ciertas condiciones se condesa y forma nubes que se precipitan en la superficie de la tierra. Una vez

1

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en la superficie, parte del agua que precipita, se convierte en escorrentía superficial, otra parte se infiltra y otra porción permanece en estuarios o reservorios, en los cuales puede evaporarse y regresar a la atmósfera por medio de la transpiración. La otra parte que llega a estratos inferiores del subsuelo, por medio de la percolación, alimenta los cuerpos de agua subterránea; esta, a su vez, puede emerger hacia estratos superiores conocido como ascenso capilar y luego evapotranspirarse.

1.1.1. Definición de agua potable

Según las guías para la calidad del agua potable de la Organización Mundial de la Salud (OMS), el agua potable se define como aquella “Adecuada para consumo humano y para uso doméstico habitual, incluida la higiene personal”.2

Por lo tanto, el uso de agua no debería presentar riesgo de enfermedades a los consumidores.

“El agua potable es aquella que se considera sanitariamente segura y agradable a los sentidos”.3

En otras palabras, sus características organolépticas, químicas y bacteriológicas, no representan riegos para la salud del consumidor y se cumple además, con la norma COGUANOR NTG 29001, la cual establece las especificaciones para el agua potable.

2

ROJAS, Ricardo. Guía para la vigilancia y control de la calidad del agua para consumo humano. p 4.

3

(30)

1.1.2. Norma COGUANOR NTG 29001

La norma COGUANOR NTG 29001, establece si la calidad del agua es apta para consumo humano, mediante los valores de sus propias características. Esta norma excluye a las aguas purificadas envasadas para el consumo humano, la cual se rige por la norma COGUANOR NTG 29005.

Existen tres tipos de características para el análisis de calidad del agua:

 Características físicas u organolépticas del agua

Son las características detectadas sensorialmente por los consumidores o por análisis de laboratorio. Estas características determinan su calidad mediante el comportamiento físico de la misma.

 Características químicas del agua

Son las características que poseen concentración de elementos o compuestos químicos que determinan la calidad del agua.

 Características microbiológicas del agua

Estas características ayudan a determinar la calidad del agua mediante el análisis de la presencia de microorganismos.

De acuerdo con la norma COGUANOR NTG 29001 existe el programa de análisis mínimo y el programa de análisis complementario, que tienen como objetivo determinar los análisis físicos, químicos y microbiológicos necesarios para el control del agua. Dichos programas se describen a continuación:

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 Programa de análisis mínimo

“Este programa aplica para aguas sin tratamiento donde la autoridad competente será el encargado de indicar los parámetros mínimos a ser requeridos”.4

Los análisis para control de los parámetros físicos, químicos y microbiológicos para un programa de análisis mínimo, son los siguientes.

Tabla I. Análisis físico-químico y análisis microbiológico para un programa de análisis mínimo

Análisis físico-químico Análisis microbiológico

Color, turbiedad, potencial de hidrógeno (pH), conductividad, cloro residual libre, cloruros, dureza total, sulfatos, calcio, magnesio, nitratos, nitritos, hierro total y manganeso total.

Coliformes totales y Escherichia coli.

Fuente: elaboración propia.

 Programa de análisis complementario

“Este programa debe realizarse al menos una vez previo a autorizar la distribución o consumo de agua, o cuando sea requerido por la autoridad competente”.5

Los análisis para control de los parámetros físicos, químicos y microbiológicos para un programa de análisis complementario, son los siguientes.

4

COGUANOR NTG 29001. Especificaciones: Agua para consumo humano (agua potable. p 5.

5

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Tabla II. Análisis físico-químico y análisis microbiológico para un programa de análisis complementario

Análisis físico-químico Análisis microbiológico

Programa de análisis mínimo, aluminio, cobre, arsénico, cadmio, cianuro, cromo total, mercurio total, plomo, selenio, cinc, sólidos totales disueltos y sustancias orgánicas (plaguicidas) que afecten la salud del consumidor.

Coliformes totales y Escherichia coli.

Fuente: elaboración propia.

Es importante conocer los conceptos de límite máximo aceptable (LMA) y límite máximo permisible (LMP), dado que interpretan los parámetros que determinan la calidad del agua. La norma COGUANOR NTG 29001 estable las siguientes definiciones.

 Límite máximo aceptable (LMA)

“Es el valor de la concentración de cualquier característica del agua, arriba de la cual estas características son percibidas por los consumidores desde el punto de vista sensorial pero sin que implique un daño a la salud del consumidor”.6

 Límite máximo permisible (LMP)

“Es el valor de la concentración de cualquier característica del agua, arriba de la cual el agua no es adecuada para consumo humano”.7

6

COGUANOR NTG 29001. Especificaciones: Agua para consumo humano (agua potable). p 5.

7

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1.1.3. Parámetros de calidad del agua

La vigilancia y control de calidad del agua para consumo humano es una de las actividades de suma importancia para realizar la detección, predicción y prevención de contaminantes en el cuerpo de agua, con el fin de minimizar los casos de enfermedades transmitidas por el consumo de agua. Además, de suministrar agua sanitariamente segura que no represente riesgo alguno hacia sus consumidores; por lo tanto, es necesaria la evaluación de la calidad física, química y microbiológica.

Es importante conocer los riesgos de enfermedades causadas por microorganismos patógenos al consumir agua contaminada con heces humanas o de animales. Sin embargo, aunque el agua a suministrar presente condiciones aptas para su consumo, los consumidores deben tener el hábito de la higiene personal y doméstica para reducir los riesgos de enfermedades. Ahora bien, respecto de la presencia de sustancias químicas en el agua, presentan riesgos a la salud a largo plazo debido a las concentraciones detectadas y periodos de exposición. Asimismo, la evaluación de las características físicas determina sensorialmente la aceptación o rechazo del agua, aunque la ausencia de dichos efectos sensoriales no garantiza la inocuidad del suministro de agua.

1.1.3.1. Obtención y preservación de muestras

La calidad del agua se determina mediante su análisis físico, químico y microbiológico; pero antes de realizar dichos análisis, se debe conocer el procedimiento para la obtención y preservación de la muestra.

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Al momento de realizar el muestreo se busca obtener una parte representativa del cuerpo de agua u objeto de estudio. Una vez obtenida la muestra se debe transportar en una hielera, en caso fuera necesario, y almacenar en un refrigerador u otro utensilio que tenga como fin conservar las características propias de la muestra para su análisis posterior.

 Tipos de muestras

o Muestra simple o puntual

Este tipo de muestra se utiliza cuando se obtiene de un cuerpo de agua en un lugar, tiempo y circunstancia específica. También se puede obtener cuando la composición de la fuente presenta características isotrópicas, es decir, que a través del espacio y tiempo posee características constantes en todas las direcciones, y la variación de su calidad no es significativa.

Las muestras simples o puntuales se recomiendan utilizarlas para el muestreo de suministro de agua potable, aguas superficiales directamente en los nacimientos, los cuales deben realizarse durante la época seca y época de lluvia. Ahora bien, si la composición del cuerpo de agua varía en el tiempo, se debe realizar el muestreo en intervalos de tiempo, donde se registra la extensión, frecuencia y duración de las variaciones. Mientras, si varía la composición del cuerpo de agua en el espacio más que en el tiempo, se debe tomar las muestras en puntos convenientes.

o Muestras Compuestas

La muestra compuesta se define como la combinación de muestras simples o puntuales obtenidas en el mismo punto de referencia durante

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diferentes tiempos y tiene como objetivo determinar las concentraciones promedio que sirven para estimar la eficiencia de la planta de tratamiento de aguas residuales.

o Muestras integradas

Las muestras integradas consisten en mezclar muestras simples o puntales tomadas simultáneamente en diferentes puntos. Este tipo de muestras se puede utilizar en circunstancias donde un cuerpo de agua varía su composición a lo largo o ancho del mismo, como por ejemplo ríos o corrientes, donde se recomienda realizar muestreos integrados para representar varios puntos de la sección transversal.

 Control y vigilancia del muestreo, preservación y análisis

La integridad, confiabilidad y precisión del análisis en resultados se basa en el proceso de control y vigilancia del muestreo, preservación y análisis. Para realizar dicho proceso adecuadamente, se deben cumplir las siguientes actividades:

o Monitoreo de las condiciones de toma de la muestra o Preservación de la muestra

o Codificación de la muestra o Transporte de la muestra o Análisis de la muestra

Brevemente, se indicarán los principales aspectos durante el control y vigilancia de la muestra:

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o Etiquetas: son etiquetas adhesivas que deben colocarse al recipiente de la muestra antes de realizar el muestreo. Su objetivo es identificar la muestra con la siguiente información: número de muestra, nombre del recolector, fecha, hora y lugar de la recolección y preservación realizada.

o Sellos: tienen como objetivo prevenir alteraciones realizadas luego de la toma de la muestra, además, estos deben ser rotos solamente por el personal de laboratorio. Los recipientes de muestreo deben ser sellados con papel autoadhesivo y deben llevar la siguiente información: el mismo número de muestra que el de la etiqueta, nombre del recolector, fecha y hora de muestreo.

o Libro de campo: sirve para llevar un registro de las muestras realizadas y toda la información pertinente, de tal manera que pueda reconstruirse el evento. Se requiere como mínimo el nombre y dirección del representante de la empresa, localización de la estación de muestreo, tipo de muestra, número y volumen de muestras realizadas, nombre del recolector, fecha, hora y lugar de la recolección y preservación realizada.

o Registro del control y vigilancia de la muestra: la información que se requiere para el control y vigilancia de las muestras, debe contener el número de muestras, firma del recolector responsable, fecha y hora del sitio de muestreo, firmas del personal participante durante el control, vigilancia y posesión de las muestras y fechas correspondientes.

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o Formato de solicitud de análisis: la muestra debe llegar al laboratorio con una hoja de solicitud de análisis y el recolector completa la información del libro de campo. Mientras que el personal de laboratorio debe colocar la siguiente información en el formato: nombre de la persona que recibe la muestra, número de muestras, fecha de recepción y los análisis que realizará.

o Entrega de la muestra en el laboratorio: luego del muestreo, las muestras deben ser transportadas lo más pronto posible, con un máximo de dos días, con el fin de evitar cualquier alteración de la misma.

o Recepción y registro de la muestra: la persona que recibe la muestra debe inspeccionar la condición del sello de la muestra, comparar que la información de le etiqueta y el sello sean la misma con el formato del control y vigilancia. Luego, le asigna un código para el acceso al laboratorio y la guarda en el cuarto de almacenamiento para que posteriormente sea analizada por el analista de laboratorio. Una vez en el laboratorio, el personal del mismo será el encargado del cuidado y vigilancia de la muestra.

 Muestras fisicoquímicas y bacteriológicas

Se recomienda realizar las siguientes actividades para la toma de muestra de los análisis fisicoquímicos:

o En el caso en que la toma se toma de un grifo se debe dejar libre el paso del agua durante 5 minutos para evitar agua retenida en las tuberías.

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o Si el agua de la muestra no se toma de un grifo verificar que el agua este completamente mezclado para mayor representatividad. o Llenar y vaciar tres veces el recipiente con el agua de muestra y luego llenar el recipiente con la muestra hasta el tope para evitar dejar aire atrapado en su interior y evitar alteraciones de la muestra durante el transporte. La muestra para análisis fisicoquímicos debe ser al menos de 1 litro.

Se recomienda realizar las siguientes actividades para la toma de muestra para los análisis microbiológicos:

Toma de muestra de un sistema de distribución:

o Limpiar la boquilla del grifo con la ayuda de un algodón con alcohol.

o Se flamea la boquilla del grifo con un mechero de alcohol durante un minuto.

o Dejar libre el paso del agua durante 3 minutos para evitar agua retenida en las tuberías.

o Se abre el frasco de vidrio previamente esterilizado, se remueve el tapón de vidrio con la cubierta de papel kraft; teniendo cuidado durante su manipulación, se recolecta la muestra de agua y se deja un espacio libre aproximadamente de 1,2 centímetros. Se cierra el recipiente de la muestra con el tapón de vidrio asegurándolo con la cubierta de papel kraft y el nudo de cáñamo. o Finalmente las muestras se llevan al laboratorio y si no es posible

llevarla con prontitud, se almacena en una hielera a una temperatura entre 0° C a 10°C, teniendo cuidado con el agua de

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hielo para que no tenga contacto con las muestras, y así evitar contaminar la muestra de agua.

Toma de muestra de un río o reservorio:

o Se destapa el recipiente de muestra exactamente como un sistema de distribución a diferencia de que se llena el recipiente sumergiéndolo 20 centímetros con la boca contra la corriente. o Continuar las instrucciones de transporte mencionadas

anteriormente en los sistemas de distribución.

Toma de muestras de un pozo:

o Se destapa el recipiente de muestra exactamente como un sistema de distribución a diferencia que este se llenará sumergiéndolo completamente dentro del pozo con el cuidado de no tocar ninguna de sus paredes.

o Continuar las instrucciones de transporte mencionadas anteriormente en los sistemas de distribución.

1.1.3.2. Parámetros físicos, químicos y

microbiológicos

 Parámetros físicos

Los parámetros físicos son aquellos que determinan la calidad del agua mediante sus características físicas, las cuales pueden ser percibidas por los sentidos, tales como la temperatura, olor, sabor, turbiedad, color, potencial óxido-reducción y sólidos (suspendidos, disueltos, sedimentables o totales).

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A continuación se describe el significado sanitario y el método de análisis de los parámetros físicos.

o Color: la coloración del agua se presenta por algunas razones habituales producidas por la presencia del hierro y manganeso coloidal o en solución, la materia orgánica, taninos, ácido húmico y algunos residuos industriales. Estos a su vez generan una renuencia natural por parte de los consumidores para beber tales aguas. Para realizar dichos análisis se utiliza el colorímetro.

o Olor: se analiza mediante una evaluación organoléptica que se encuentra en función del umbral y tipo de olor de la muestra. La mayoría de sustancias olorosas son de naturaleza orgánica formada por elementos químicos como el hidrógeno (H), carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O) y azufre (S). También, entre las más comunes se encuentra la materia orgánica en solución, ácido sulfhídrico (H2S), cloruro de sodio (NaCl), sulfato de sodio (Na2SO4), sulfato de magnesio (MgSO4), hierro (Fe), manganeso (Mn), fenoles, aceites, productos de cloro, diferentes especies de algas, hongos, entre otros.

o Turbiedad: este parámetro es importante en los sistemas de abastecimiento de agua potable, principalmente por los aspectos estéticos, filtrabilidad y desinfección. En cuanto al aspecto estético, toda agua potable debe ser libre de turbiedad, dado que si en el agua se presenta, se asocia automáticamente a aguas contaminadas por drenajes y los peligros en la salud que involucra. Igualmente, la filtración a medida que aumenta el grado de turbiedad incrementa la dificultad de filtrado y el costo. Así

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mismo, el proceso de desinfección se encuentra altamente relacionado con el cloro u ozono, y para lograr mayor efectividad, este debe tener contacto entre el agente y el organismo. La turbiedad se analiza mediante el uso del turbidímetro.

o Conductividad eléctrica: la conductividad tiene como objetivo transportar la corriente eléctrica del agua y depende de la concentración total de sustancias disueltas ionizadas en el agua y de la temperatura a la cual se realice el análisis, por lo que cualquier cambio en la cantidad de sustancias disueltas, en la movilidad de los iones disueltos y en su valencia, generan alteraciones en la conductividad. La conductividad eléctrica permite conocer una estimación rápida del contenido de sólidos disueltos. El método para realizar dichos estimaciones se realiza mediante los electrodos de conductividad eléctrica.

o Potencial de hidrógeno: es conocido con el término de pH que expresa la concentración del ion-hidrógeno e indica si la solución presenta un estado ácido o alcalino. Para realizar las estimaciones de pH se hace uso del potenciómetro. A medida que disminuyen los valores de pH se incrementan el estado ácido, es decir de cero a siete, y a medida que aumentan los valores de pH se incrementa el estado alcalino, es decir, entre siete a catorce. Entre los procesos involucrados con el pH y los sistemas de abastecimiento de agua potable se encuentra la coagulación, desinfección, ablandamiento del agua y control de corrosión.

o Sólidos: la medición de sólidos se refiere a medir mediante los electrodos de sólidos la cantidad del material sólido presente en

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las sustancias líquidas y semilíquidas, que van desde agua potable hasta aguas contaminadas, aguas residuales, residuos industriales y lodos producidos en procesos de plantas de tratamiento. Dentro de los sólidos se encuentran los sólidos totales, sólidos disueltos, sólidos suspendidos y sólidos volátiles o sólidos fijos.

De acuerdo a la norma COGUANOR NTG 29001, las características físicas deben contener los siguientes valores.

Tabla III. Características físicas para el agua potable

Características Físicas LMA LMP

Color Olor Turbiedad

Conductividad eléctrica Potencial de hidrógeno Sólidos totales disueltos

5,0 u

No rechazable 5,0 UNT 750 µS/cm 7,0-7,5 500,0 mg/L

35,0 u (a) No rechazable 15,0 UNT (b) 1500 µS/cm (d) 6,5-8,5 (c)(d) 1000,0 mg/L (a) Unidades de color en la escala de platino-cobalto

(b) Unidades nefelométricas de turbiedad (UNT). (c) En unidades de pH

(d) Límites establecidos a una temperatura de 25°.

Fuente: Norma Técnica Guatemalteca. COGUANOR NTG 29001: Agua para consumo humano. Especificaciones. p. 6.

 Parámetros químicos

Las características químicas son las concentraciones de sustancias que afectan al ambiente o a la salud, entre los parámetros a analizar para determinar la calidad del agua se encuentra el cloro residual libre, cloruros dureza total, sulfatos, aluminio, calcio, cinc, cobre, magnesio, manganeso total y

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hierro total. A continuación se dará una breve explicación del significado sanitario de algunos parámetros químicos.

o Cloro residual libre: en los sistemas de abastecimiento de agua potable el objetivo principal es prevenir la transmisión de enfermedades mediante el uso del agua. La desinfección es un proceso que está en función del tiempo de contacto y concentración del desinfectante con el fin de eliminar los organismos dañinos en el agua. Actualmente, al decir cloro residual libre también se refiere al cloro, ácido hipocloroso e ion hipoclorito, y las cloraminas son llamadas cloro residual combinado.

o Cloruros: los cloruros están presentes en el agua en distintas concentraciones, normalmente aumentan a medida que aumentan el contenido mineral. En sistemas de suministro de agua potable en zonas montañosas los niveles de cloruros son bajos, mientras que en aguas superficiales o aguas subterráneas poseen valores más altos y en zonas costeras los valores de concentración son mucho más altos debido a la evaporación parcial del agua. En las excretas humanas, principalmente en la orina, presenta una cantidad de cloruros similar a los consumidos en alimentos y agua. Aunque los cloruros en concentraciones razonables no sean tan dañinos para los consumidores, valores arriba de 250 mg/L NaCl generan un sabor salado al agua y puede ser un factor cuestionable.

o Dureza: tanto agua dura como agua blanda pueden satisfacer el consumo humano, sin embargo, las aguas duras requieren mayor

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cantidad de jabón para producir espuma y generan incrustaciones en la superficie de contacto en calderas, calentadores, tuberías de agua caliente o cualquier dispositivo que aumente la temperatura del agua. La dureza se expresa en mg/L de CaCo3. La dureza total se determina mediante la dureza por calcio y la dureza por magnesio, siendo de dos tipos carbonatada y no carbonatada. Para eliminar la dureza se pueden realizar tratamiento con cal, carbonato de sodio o intercambiadores catiónicos.

o Sulfato: los sulfatos son uno de los aniones más frecuentes en las aguas naturales en distintas concentraciones, tales como los sulfatos de sodio y de magnesio poseen un efecto laxante, principalmente en menores, por lo que los valores deben ser menores a 250 mg/L de SO4- . Además, las concentraciones altas de sulfatos forman incrustaciones en los dispositivos que aumentan la temperatura del agua y en aguas residuales se genera ácido sulfhídrico (H2S), ocasionando sensibilidad al mal olor; similar al huevo podrido, producción de gas tóxico que puede causar daños físicos o muerte al personal de mantenimiento de alcantarillas, producción de gas explosivo con concentraciones del 4 % al 46 % y ataque al concreto por producción de ácido fuerte (H2So4) a causa de la oxidación del ácido sulfhídrico por ciertas bacterias.

o Hierro y manganeso: El hierro y el manganeso originan más inconveniente para los sistemas de abastecimiento de agua potable proveniente de aguas subterráneas, en el hipolimnion anaerobio de lagos estratificados y en algunas aguas superficiales. La coloración del agua con el hierro y el manganeso

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solubles se da a causa de la exposición con el aire, modificándolas a aguas turbias.

o El hierro y el manganeso producen tinciones en la ropa, accesorios de plomería, incrustaciones en tuberías y crecimiento de bacterias en los sistemas de distribución. Las bacterias del hierro se conocen como Crenothrix, Leptothrix, Galionella y las bacterias del manganeso son las Sphaerotilus, Leptothrix, que causan altas demandas de cloro; aunque se sabe que el hierro y el manganeso no producen efectos dañinos en la salud, sí genera problemas organolépticos en cuanto al sabor, dado que a bajas concentraciones producen un sabor metálico y en caso fueran concentraciones mayores deben ser analizadas para elegir el tratamiento de aguas más adecuado, el control durante la purificación del agua y como desvanecer la presencia de bacterias en los sistemas de distribución.

La norma COGUANOR NTG 29001 establece los límites máximos admisibles y los límites máximos permisibles para el consumo de agua potable.

Tabla IV. Características químicas para el agua potable

Características Químicas LMA (mg/L) LMP (mg/L)

Cloro residual libre (a) Cloruro (Cl-)

Dureza total (CaCO3)

Sulfato (SO4

-) Aluminio (Al) Calcio (Ca) Cinc (Zn) Cobre (Cu) Magnesio (Mg) Manganeso total (Mn) Hierro total (Fe) (b)

0,5 100,0 100,0 100,0 0,050 75,0 3,0 0,050 50,0 0,1 0,3

1,0 250,0 500,0 250,0 0,100 150,0 70,0 1,500 100,0 0,4 ---

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Continuación de la tabla IV.

a) El límite máximo admisible y el límite máximo permisible del cloro residual es estimado según sea el caso, por el Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social. b) La Organización Mundial de la Salud no sugiere un valor para el límite máximo

permisible dado que no es un riesgo para la salud del consumidor a las concentraciones normales en el agua para consumo humano. Sin embargo, los valores superiores al límite máximos admisible pueden afectar el gusto y apariencia del agua.

 Parámetros microbiológicos

La presencia de microorganismos durante el análisis microbiológico es la que determina la calidad del agua, por lo tanto la norma COGUANOR NTG 29001, indica los microorganismos presentes en el agua y el límite máximo permisible.

Tabla V. Características microbiológicas para el agua potable

Microorganismos Límite Máximo Permisible

Agua para consumo directo (Coliformes totales y E. coli)

No deben ser detectables en 100 ml de agua.

Agua tratada que entra al sistema de distribución (Coliformes totales y E. coli)

Agua tratada en el sistema de distribución (Coliformes totales y E. coli)

El análisis bacteriológico del agua es de vital importancia para los suministros de agua potable, dado que las bacterias y virus son la principal fuente de transmisión de enfermedades. Además, la mayoría de bacterias

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provienen del contacto con el aire, el suelo, minerales, animales o plantas vivas o en estados de descomposición y excretas. Algunas de las enfermedades producidas por causas hídricas pueden ser de origen bacterial, por protozoos patógenos o por virus.

La presencia de coliformes en el agua es un indicador de contaminantes proveniente de excretas humanas, tanto como de animales o mediante la erosión de los suelos.

1.2. Elementos básicos que integran un sistema de abastecimiento de

agua potable

Los sistemas de abastecimiento de agua potable son un conjunto de obras necesarias para captar, conducir, tratar, almacenar y distribuir el agua potable, brindando un servicio de calidad, cantidad, continuidad y costo razonable. Por lo tanto, estos sistemas conllevan al mejoramiento de condiciones de vida, salud y desarrollo de la población beneficiada.

Los sistemas de agua están constituidos por los siguientes componentes:

Figura 1. Componentes de los sistemas de abastecimiento de agua potable

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1.2.1. Captación

La captación puede darse de diferentes formas, ya sea por aguas atmosféricas, aguas superficiales o aguas subterráneas.

 Captación de aguas atmosféricas

o Captación de agua de lluvia

La captación de aguas atmosféricas es utilizada en zonas donde el acceso a aguas superficiales y aguas subterráneas es muy limitado, ya sea por sus altos costos o técnica poco viable. El agua de lluvia puede ser de buena calidad sin embargo, es un recurso temporal y, por tal razón, requiere de un almacenamiento adecuado.

La captación consiste en captar el agua de lluvia sobre los techos mediante una canaleta y un tubo de bajada que transporta el agua hacia el depósito o aljibe.

Para lograr una captación adecuada, se recomienda lo siguiente:

 Que las canaletas y tubo de bajada sean material inoxidable como asbesto-cemento, plástico, acero galvanizado y otros.

 Si el agua será de uso potable, el aljibe debe llevar un filtro de arena y cada vez que se utilice se debe desechar el primer uso de agua, para lavar la superficie.

 El aljibe debe estar libre de grietas para evitar fugas y accesos de polución; además, debe contar con una cubierta impermeable para evitar la entrada de contaminantes.

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 Debe llevar un filtro con capas de grava de 1/2¨, 1/4¨, 1/8¨ y una capa de arena. El espesor de cada capa será de 10 centímetros.

 La forma de extracción del agua será mediante fuerzas gravitatorias si la topografía lo permite o mediante el uso de una bomba.

 El aljibe debe estar alejado de cualquier fuente de contaminación tales como drenajes, letrinas sanitarias, fosa séptica, pozo negro, entre otros, como mínimo 25 metros.

 Realizar análisis bacteriológicos y realizar desinfección del agua mediante la cloración. 8

Figura 2. Captación de agua de lluvia

Fuente: LÓPEZ, Pedro. Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas. p. 62.

8

LÓPEZ, Pedro. Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas.

(50)

 Captación de aguas superficiales

o Ríos

La forma de obtener agua de ríos o arroyos depende de las características hidráulicas tales como su régimen fluvial, caudal, velocidad y pendiente. También, depende de la topografía, uso y tipo de suelo, nivel mínimo, nivel máximo, zonas de inundación, entre otros. Estos factores determinan el tipo de obra de captación a seleccionar para el sistema de agua.

La captación para aguas superficiales requiere de las siguientes condiciones:

 La bocatoma debe estar colocada en un tramo libre de erosión y fuentes de contaminación.

 El conducto de la toma estará situado a un nivel inferior al del nivel mínimo de agua y en la boca deberá llevar una rejilla con una separación entre barras de 3 a 5 centímetros con el fin de evitar la entrada de materiales flotantes. La velocidad entre barras será de 0,10 m/s a 0,15 m/s.

 La velocidad en el interior del conducto debe ser al menos 0,60 m/s para evitar obstrucciones y el límite máximo será según las características del agua y tipo de material del conducto.

 Las agua superficiales mayormente se contaminan por actividades humanas, por lo tanto, el uso de ellas requiere

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de procesos de potabilización, aumentado el costo de utilizarlas.9

Figura 3. Captación directa de río

o Lagos y Lagunas

La toma de agua se debe elegir en un punto lejos de la orilla y de desembocaduras de corrientes y sedimentos. Sin embargo, el agua suministrada de lagos y lagunas de Guatemala, se encuentran con índices de contaminación debido a que en ellas desembocan aguas contaminadas por el ser humano y el uso de la misma requiere de procesos de tratamiento.

9

LÓPEZ, Pedro. Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas. p. 61 - 64.

(52)

 Captación de agua subterránea

o Agua de manantial

El agua de manantial provine de pozos superficiales cuya agua proviene de un estrato acuífero compuesto de piedra caliza fragmentada, arena o grava. El agua de esta fuente es recomendable por su alta calidad sin embargo, deben protegerse de escurrimientos superficiales de cualquier tipo de contaminación. Si su uso será de consumo humano debe cumplir con los análisis bacteriológicos, y en caso no cumplieran, el agua debe filtrase con arena y grava, y seleccionar la desinfección más adecuada. Se describirá con mayor detalle en el capítulo dos, definiciones y especificaciones de componentes (obras de arte) típicos en sistemas de abastecimiento de agua potable.

o Aguas freáticas

Las aguas freáticas se representan porque están a presión atmosférica y no se encuentran confinadas, dado que el flujo de agua circula por el medio poroso. La captación de aguas freáticas se capta mediante pozos excavados, pozos drenantes, pozos Ranney o galerías filtrantes.

Pozos excavados: a estos pozos también se le conoce como pozos a cielo abierto o someros, es decir pozos de poca profundidad. Si se tiene un pozo circular se recomienda que posea un diámetro de al menos 1,50 metros y si es rectangular que el lado menor tenga como mínimo 1,50 metros. Normalmente, estos pozos poseen una profundidad entre 10 y 20 metros, eventualmente mayores a los 25 metros. Si se tiene un estrato permeable y la pared del pozo es de concreto se debe realizar perforaciones según lo indique el estudio granulométrico, y en caso no hubiera se harán perforaciones de 2,5 centímetros a 5 centímetros, sin un orden en especial a una distancia entre 15 centímetros a

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25 centímetros, de centro a centro. Para pozos de mampostería, tabique o piedra se seguirán las recomendaciones anteriores y se dejarán los espacios sin juntar en el estrato permeable.10

Además, los pozos excavados a mano deben ser ubicados aguas arriba de cualquier fuente de contaminación, zonas no inundables o de escurrimiento de agua superficial, y estar localizados al menos una distancia de 20 metros de letrinas sanitarias, tanque séptico, pozos de absorción y cualquier otro fuente contaminante.

En cuanto a su construcción se recomienda las siguientes condiciones:

 En el sitio de la captación debe garantizar el corrimiento libre del flujo para reducir el riesgo de obstrucción.

 La cubierta del pozo debe ser una losa de concreto reforzado, provista de una tapa de inspección y su respectivo cierre hermético. Dicha cubierta de pozo estará sobre un brocal sólido de al menos 80 centímetros de alto, y dicha cubierta debe sobresalir al menos 20 centímetros sobre el suelo.

 Cuando en la zona de la captación exista la probabilidad de derrumbes se recomienda encamisar el pozo con tubería de concreto.

 El diámetro mínimo del pozo sea de 0,90 metros con el fin de facilitar el mantenimiento.

 Los pozos excavados en época seca deberán tener al menos un manto de 1,5 metros, el nivel antes de extraer el

10

LÓPEZ, Pedro. Abastecimiento de agua potable y disposición y eliminación de excretas. p. 74 - 79.

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agua se deberá restituir en un máximo de 12 horas y el caudal mínimo será estimado en función de la población a servir.11

Figura 4. Pozo excavado a mano

Pozos radiales: entre los más típicos se encuentra el pozo Ranney, el cual es un pozo central armado con diámetro mínimo de 4 metros y espesor de pared de 0,45 metros, cuyo fondo posee una solera de concreto armado. Del fondo del pozo a 1,20 metros se dejan orificios en la pared del pozo para introducir horizontalmente tubos perforados de 30 a 80 metros de longitud con la ayuda del mecanismo del gato hidráulico. Estos tubos perforados poseen una

11

Instituto de Fomento Municipal y Ministerio de Salud Pública y Asistencia Social. Guía de normas sanitarias para el diseño de sistemas rurales de abastecimiento de agua para consumo humano. p. 36.

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punta patentada en uno de sus extremos con el fin de lograr mayor habilidad durante la penetración en los orificios de la pared del pozo. Los pozos Ranney se caracterizan por los siguientes principios:

 Poseen la capacidad de filtrar grandes acuíferos.

 Extracción artificial de la arena propia de la capa del acuífero.

 En el caso se cierren algunos tubos se puede controlar el caudal del pozo.

 Las paredes del pozo actúan de manera impermeable dado que el pozo funciona como recolector de aguas.

En cuanto al material de los tubos perforados son de acero con un espesor de 8 milímetros, diámetro externo de 21,6 centímetros y ranuras de 9 x 37,5 milímetros, cada tramo posee una longitud de 2,50 metros y la punta esta taladrada con ranuras más grandes para el acceso de arenas y gravas de menor tamaño, la velocidad en el tubo perforado debe ser entre 6 mm/s o 12 mm/s y en el pozo de 1 m/s a 2 m/s. La zona de captación alrededor del pozo posee un diámetro entre 1,50 metros a 2,50 metros, según sea el tamaño del a capa filtrante debajo del lecho del río. En cuanto utilidad de captación los pozos Ranney poseen un rendimiento hidráulico de la capa acuífera de 70 % a 90 % mientras que un pozo ordinario 25 % a 30 %, permitiendo caudales de 200 l/s a 400 l/s y en pozos cercanos a ríos 750 l/s a 1150 l/s.12

12

(56)

Figura 5. Pozo Ranney

Puyones: es un sistema de captación de aguas freáticas que bajo condiciones ideales capta pequeñas cantidades de agua, aproximadamente 1 l/s y es utilizado únicamente cuando el medio es permeables arenoso y superficial. Los puyones son una serie de tubos hincados en el terreno que se conectan a un tubo múltiple, este a su vez se conecta a la succión de la bomba. En cuanto a los tubos deben poseer diámetros de 1” a 2 “, longitud entre 4 a 5 metros y los tubos perforados deben ser protegidos por una malla a lo largo de su longitud con el fin de evitar obstrucciones durante la perforación y proteger la bomba de la arena extraída.

Galerías de infiltración: son tubos horizontales que tienen como objetivo interceptar y recolectar agua subterránea, a través de las perforaciones del

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tubo, el cual se encuentra rodeado de material graduado colocado en el acuífero. Se describirá con mayor detalle en el capítulo dos, definiciones y especificaciones de componentes (obras de arte) típicos en sistemas de abastecimiento de agua potable.

o Aguas artesianas

Pozos profundos: provienen de agua subterránea muy remota que se encuentra en acuíferos confinados y por su origen antiguo poseen la capacidad de mantener su nivel piezómetro constante, por lo tanto ofrecen un rendimiento constante y uniforme, por tal razón los pozos profundos son utilizados para suministros de agua donde existe fuertes concentraciones demográficas.

Las características de un pozo profundo son las siguientes:

 Diámetros de 14” a 30”.

 Profundidades entre 30 metros y 650 metros, incluso existen más profundos.

 El ademe será de acero con diámetros entre 10” a 24”. En muchas ocasiones los ademes varían su diámetro desde la superficie de la tierra hasta el acuífero. Durante la perforación se hace unos 4” a 6” mayor que el diámetro del ademe con el fin de rellenar ese espacio con grava.

 Al final del tubo del ademe, en la parte donde tenga contacto con el acuífero se ranura para el acceso del agua.

 El sitio de perforación del pozo será de acuerdo a los estudios geohidrológicos y/o geofísicos.

 Una vez terminada la construcción del pozo se debe limpiar el barro y todo el material caído durante la perforación,

(58)

mediante la succión de la bomba. Luego, se procede a efectuar el aforo mediante un bombeo continuo de 72 horas, dichos resultados y el registro eléctrico para medir la profundidad del acuífero servirán para crear el gráfico de gasto versus abatimiento que determinara el caudal de explotación. El nivel estático es el nivel del agua del pozo cuando no ha habido extracciones durante un tiempo mientras que el nivel dinámico es el nivel del agua cuando se está utilizando la bomba.13

Figura 6. Pozos profundos

13

(59)

1.2.2. Conducción

La conducción es el conjunto de dispositivos que transportan el agua de la captación hasta el tanque de almacenamiento, planta de tratamiento o distribución. La conducción puede ser por gravedad mediante tuberías, canales abiertos o cubiertos y por bombeo mediante el uso de tuberías.

 Conducción libre (canales)

Las características que representan la conducción libre es que la superficie libre del canal se encuentra a presión atmosférica y coincide con la línea piezométrica, el área de la sección transversal está en función de su tirante hidráulico y otros parámetros, el agua de mueve por medio de las fuerzas gravitatorias y presentan coeficientes de rugosidad variados, predominando las rugosidades mayores. Además, el agua transportada por medio de canales generalmente se le conoce como agua cruda, es decir que requiere de un proceso de potabilización.

Para las conducciones libres, se recomienda lo siguiente:

En secciones circulares se utilizará un diámetro mínimo de 6” y en secciones no circulares se utilizará el equivalente, velocidad de 0,4 m/s a 0,5 m/s, se consideran pérdidas por evaporación, filtración, fugas, entre otros. Se utilizará la ecuación de Manning para determinar las variables hidráulicas de un flujo uniforme y diseño de cajas de inspección.14

14

(60)

Tabla VI. Valores de rugosidad dados por Horton para el uso de fórmulas de Kutter o Manning

Tipo de Canal n

Tierra, rectos y uniformes 0.025

Roca, lisos y uniformes 0.033

Roca con salientes y sinuosos 0.040

Revestido de concreto 0.014 a 0.016

Mampostería con cemento 0.020 a 0.025

Tabla VII. Valores de pendiente

Tipo de Canal m

Tierra 1.30

Con paredes lisas de concreto 0.16

Con paredes de canto rodado o roca con salientes 0.46

Con paredes mixtas 0.55

 Conducción forzada (tuberías)

En cuanto al comportamiento de las tuberías se puede apreciar que el fluido ejerce una presión sobre el contorno de la misma, posee un área constate y el agua se mueve por acción de la presión ejercida por la bomba y generalmente su superficie es menos rugosa.

(61)

o El diámetro de la conducción está en función de las características hidráulicas y económicas del diseño, debe poseer un diámetro mínimo de ¾ ¨.

o La velocidad está comprendida entre 0,4 m/s y 3 m/s.15

 Requerimientos mínimos de colocación de la línea de conducción

o La tubería debe ser colocada a una profundidad mínima de 0,60 metros a la cota superior del tubo. En caso fuera terreno de uso agrícola la profundidad mínima será de 0,80 metros y en caminos, urbanización o pasos de vehículos de carga la profundidad mínima será de 1,20 metros.

o En terrenos inclinados se recomienda proteger la tubería de posibles deslaves mediante la construcción de muros o túneles secos.

o Toda tipo de anclaje en la conducción requiere de análisis estructural para determinar el dimensionamiento y refuerzo de la obra; además, debe ir indicado en los respectivos planos y especificaciones.

o En cuanto a los puntos más bajos y en cruce de cuerpos de agua se puede colocar tubería aérea, que cumpla con la seguridad estructural y sanitaria.

o El uso de válvulas se utilizará de acuerdo a los puntos topográficos de la línea de conducción, en puntos bajos se colocarán válvulas de limpieza y en puntos altos se colocarán válvulas de aire, en puntos donde la presión sea alta se utilizarán válvulas reguladoras de presión con el fin de aliviar la presión.

15

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o Se colocarán cajas rompe-presión con el fin que la máxima presión estática no exceda la presión de trabajo de la tubería. o Se colocarán cajas distribuidoras de caudal según sea el diseño

de la línea de conducción con el fin de distribuir el caudal por medio de verdaderos. Mientras que las cajas unificadoras de caudal tienen el objeto de unificar caudales. 16

1.2.3. Plantas de tratamiento

Las plantas de tratamiento de agua potable son un conjunto de obras que tienen por objeto la remoción de materia contaminante y la potabilización del agua. Generalmente, dichas plantas estas formadas por flocuradores, tanque de sedimentación, filtros, tanques de almacenamiento o distribución.

El diseño de una planta de tratamiento debe garantizar un proceso eficiente y económico. Por lo tanto, se requiere de un estudio de ingeniería, basado en la calidad del agua cruda y la elección adecuada de los procesos y operaciones de potabilización para proporcionar agua sanitariamente segura.

A continuación se describen algunas consideraciones generales de diseño de plantas de tratamiento:

o No existen plantas de tratamiento típicas, dichas plantas varían de acuerdo a la calidad del agua cruda y del diseño propio de cada una.

o La calidad del agua potable depende significativamente del proceso de potabilización, sin embargo, para logar mayor

16

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efectividad se debe diseñar adecuadamente la captación y distribución del sistema.

o El ingeniero diseñador de la planta de tratamiento debe estar en pleno conocimiento de las leyes vigentes del agua.

o Si no existe información suficiente de la calidad de la fuente, además de las muestras y análisis, se puede obtener información de otras plantas en operación de fuentes similares del área.

o Se debe proteger la captación de cualquier fuente de contaminación.

o La capacidad representativa de diseño de una planta de tratamiento es generalmente mayor que la demanda máxima diaria proyectada para el periodo de diseño.

o La elección del periodo de diseño debe considerar ciertos factores tales como, la vida útil de la estructura y el equipo, facilidad de expansión, tasa de crecimiento del área a servir, tasa de interés sobre los préstamos, valor de la moneda durante el periodo de endeudamiento y operación de la estructura y equipos durante los primeros años.

o La planta de tratamiento debe poseer uno o más unidades con el fin que durante el mantenimiento no se restrinja el servicio de suministro de agua potable.

o La construcción de la planta de tratamiento debe ser funcional, económica y durable, dado que dichas plantas sobrepasan el periodo de diseño y continúan en funcionamiento.17

17

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Figura 7. Diagramas de flujo de planta de potabilización

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Figura 8. Continuación diagramas de flujo de planta de potabilización

Fuente: ROMERO, Jairo. Purificación del agua. p. 24.

1.2.4. Almacenamiento

Los tanque de almacenamiento sirven para almacenar el agua ya potabiliza para luego colocarla en la red de distribución. Dado que, los tanques de almacenamiento también son utilizados para tanque de distribución, deben